JP3659489B2

JP3659489B2 - デジタル音声処理装置及びコンピュータプログラム記録媒体

Info

Publication number: JP3659489B2
Application number: JP2000386957A
Authority: JP
Inventors: 俊治桑岡
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2000-12-20
Filing date: 2000-12-20
Publication date: 2005-06-15
Anticipated expiration: 2020-12-20
Also published as: EP1220218B1; EP1220218A3; EP1220218A2; US20020075777A1; US7024260B2; JP2002189498A; DE60141320D1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル音声処理装置及びコンピュータプログラム記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばＣＤ規格では、アナログ音声信号はサンプリング周波数ｆｓ＝４４．１ｋＨｚ、量子化ビット数＝１６ビットでデジタル音声信号に変換されており、このため、２２．０５ｋＨｚ以上の帯域は全てカットされ、狭い帯域であるので、これをＤ／Ａ変換してスピーカにより再生しても聴感上、豊かな臨場感は得られない。そこで、例えばＤＶＤビデオ規格やＤＶＤオーディオ規格では、４４．１ｋＨｚより高いｆｓ＝４８ｋＨｚ、９６ｋＨｚ、１９２ｋＨｚ、量子化ビット数＝２４ビットなどが採用されている。
【０００３】
しかしながら、既にＣＤ規格のデジタル音声信号をそのまま１６→２４ビット変換し、ハイサンプリングして４８ｋＨｚなどに変換しても、オリジナルでは２２．０５ｋＨｚ以上の帯域が全てカットされているので、元のデジタル音声信号の波形を成形して高周波帯域を付加することにより、聴感上豊かな臨場感を再現する種々の方法が提案されている。
【０００４】
例えば本発明者が先に出願した特開平１１−１２６０９７号公報には、オリジナルのサンプリングデータを、よりサイン波に近づける方法を提案している。この方法では、図１０に示すように前後のサンプリングデータを比較してサンプリングデータの極大値Ｖmax及び極小値Ｖminを検出し、また、極大値Ｖmaxから極小値Ｖminまで、及び極小値Ｖminから極大値Ｖmaxまでのサンプル数を検出し、さらに極大値Ｖmax及び極小値Ｖminを除く各サンプル毎に前のサンプルとの差分を算出してこれに上記のサンプル数に応じた係数を乗算し、この乗算結果を極大値Ｖmaxを除くサンプルであって極大値Ｖmaxに近いサンプルに対しては加算処理、極小値Ｖminを除くサンプルであって極小値Ｖminに近いサンプルに対しては減算処理を行う。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、元のデジタル音声信号の波形を成形して高周波帯域を付加したり、上記従来例のようにオリジナルのサンプリングデータをよりサイン波に近づけただけでは、オリジナルのアナログ信号のようにシャープで、リアリティ、明瞭度のある再生音を得ることができないという問題点がある。特に音声の場合には聞き取りにくいままであるという問題点がある。
【０００６】
本発明は上記従来例の問題点に鑑み、オリジナルのアナログ信号のようにシャープで、リアリティ、明瞭度のある再生音を得ることができるデジタル音声処理装置及びコンピュータプログラム記録媒体を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、極大値から極小値までのサンプル数、及び極小値から極大値までのサンプル数に応じた各係数と、極大値及び極小値と各１サンプル前の値との差分をそれぞれ乗算して、各乗算結果を極大値に加算し、極小値から減算するようにしたものである。
【０００８】
すなわち本発明によれば、オリジナルのデジタル音声情報の前後のサンプルを比較することにより極大値と極小値を求める手段と、
前記極大値から極小値までのサンプル数、及び極小値から極大値までのサンプル数を検出する手段と、
前記極大値及び極小値と各１サンプル前の値との差分をそれぞれ求める手段と、
前記サンプル数に応じた各係数と前記各差分をそれぞれ乗算する手段と、
前記各乗算結果を前記極大値に加算し、前記極小値から減算する手段とを、
有するデジタル音声処理装置が提供される。
【０００９】
また本発明によれば、オリジナルのデジタル音声情報の前後のサンプルを比較することにより極大値と極小値を求める手段と、
前記極大値から極小値までのサンプル数、及び極小値から極大値までのサンプル数を検出する手段と、
前記極大値及び極小値を含む各サンプルと１サンプル前の値との差分をそれぞれ求める手段と、
前記サンプル数に応じた各係数と前記各差分をそれぞれ乗算する手段と、
前記各乗算結果を前記極大値のサンプル及び前記極大値に近いサンプルに加算し、前記極小値及び前記極小値に近いサンプルから減算する手段とを、
有するデジタル音声処理装置が提供される。
【００１０】
また本発明によれば、オリジナルのデジタル音声情報の前後のサンプルを比較することにより極大値と極小値を求めるステップと、
前記極大値から極小値までのサンプル数、及び極小値から極大値までのサンプル数を検出するステップと、
前記極大値及び極小値と各１サンプル前の値との差分をそれぞれ求めるステップと、
前記サンプル数に応じた各係数と前記各差分をそれぞれ乗算するステップと、
前記各乗算結果を前記極大値に加算し、前記極小値から減算するステップとを、
処理するコンピュータプログラムが記録されたコンピュータプログラム記録媒体が提供される。
【００１１】
また本発明によれば、オリジナルのデジタル音声情報の前後のサンプルを比較することにより極大値と極小値を求めるステップと、
前記極大値から極小値までのサンプル数、及び極小値から極大値までのサンプル数を検出するステップと、
前記極大値及び極小値を含む各サンプルと１サンプル前の値との差分をそれぞれ求めるステップと、
前記サンプル数に応じた各係数と前記各差分をそれぞれ乗算するステップと、
前記各乗算結果を前記極大値のサンプル及び前記極大値に近いサンプルに加算し、前記極小値及び前記極小値に近いサンプルから減算するステップとを、
処理するコンピュータプログラムが記録されたコンピュータプログラム記録媒体が提供される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施形態＞
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明に係るデジタル音声処理装置及びコンピュータプログラムの第１の実施形態を示すブロック図、図２は図１の係数テーブルを示す説明図、図３は第１の実施形態による処理波形を示す説明図である。
【００１３】
図１における入力データＩＮ（及び出力データＯＵＴ）は、例えばｆｓ＝４８ｋＨｚ、９６ｋＨｚ、１９２ｋＨｚ、量子化ビット数＝２４ビットである。この入力データＩＮはＩ／Ｏポート１０により波形整形回路３内に取り込まれ、高周波生成回路１１と遅延回路１２に印加される。遅延回路１２は入力データＩＮを高周波生成回路１１の処理時間の分だけ遅延する。ここで、処理サンプル数が多いほど、より高次の高調波を処理することができ、音質を高めることができるが、極端に多くしても聴感上の差異はあまりなく、回路規模、処理時間が膨大となるので、４、５次程度の高調波を処理すればよい。そして、高周波生成回路１１と遅延回路１２の各出力信号が加算回路１３により加算され、この加算された信号がＩ／Ｏポート１４を介して出力データＯＵＴとして出力される。
【００１４】
次に高周波生成回路１１の処理について説明する。
（１）まず、入力データＩＮの各サンプルを前のサンプルと比較し、大きいか、小さいか、同じかを検出する。
（２）上記の比較結果に基づいて波形の極大値Ｖmax、極小値Ｖminを検出する。
（３）上記の極大値Ｖmaxから極小値Ｖminまでの間隔と、極小値Ｖminから極大値Ｖmaxまでの間隔（サンプル数）を検出する。
（４）上記の極大値Ｖmax、極小値Ｖminと各１サンプル前の値との差分Δmax、Δminを求める。
（５）上記（３）で求めたサンプル数に応じた各係数Ａmax、Ａminを図２に示すような係数テーブルＡから求める。
（６）上記（４）で求めた差分Δmax、Δminに対し、それぞれ上記（５）で求めた各係数Ａmax、Ａminを乗算し、各乗算結果Ａmax・Δmax、Ａmin・Δminを図１に示す加算回路１３に出力することにより、以下に示すように極大値Ｖmax、極小値Ｖminに対してそれぞれ加算、減算する。
Ｖmax→Ｖmax＋Ａmax・Δmax
Ｖmin→Ｖmin−Ａmin・Δmin
【００１５】
係数テーブルＡとしては図２に示すように、極大値Ｖmaxから極小値Ｖminまで、極小値Ｖminから極大値Ｖmaxまでのサンプル数が少ない場合（サンプル数＝２〜５）に比較的大きい係数Ａmax、Ａmin＝１／２が設定され、サンプル数が多くなると段階的に小さくなるように設定されている。また、係数値の異なる複数の係数テーブルＡ、Ｂ〜をあらかじめ用意して、処理対象の曲に応じて選択するようにしてもよく（図１の係数テーブル選択部１５）、また、処理対象の曲に応じて上記の処理をするか、しないかを選択可能にしてもよい（図示のＯＮ／ＯＦＦ制御部１６）。
【００１６】
したがって、図３に示すように原信号の極大値Ｖmaxが持ち上がり、また、極小値Ｖminが小さくなるので、再生音のメリハリ、歯切れ感が向上して、シャープで、リアリティ、明瞭度のある再生音を得ることができる。
【００１７】
＜変形例＞
ここで、本発明では、入力データＩＮに対して高周波成分を付加するので、図５（１）に示すように入力データＩＮのサンプリング周波数ｆｓの１／２以上の周波数成分が発生してこれが折り返しノイズとなる。そこで、図４に示すように波形整形回路３の前段にサンプリングレート変換回路１を設けて、図５（２）に示すように入力データＩＮのサンプリング周波数ｆｓを２倍にし、この信号に対して図１に示すように高周波成分を付加してサンプリング周波数ｆｓを１／２にすることにより、図５（３）に示すように高周波成分を付加しながら折り返しノイズを低減することができる。
【００１８】
＜第２の実施形態＞
第２の実施形態では、第１の実施形態と同様に原信号の極大値Ｖmaxを持ち上げ、また、極小値Ｖminを小さくするとともに、さらに従来例として特開平１１−１２６０９７号公報と同様にオリジナルのサンプリングデータを、よりサイン波に近づけるように構成されている。図６は極小値Ｖminから極大値Ｖmaxまでのサンプル数が２個の場合の従来例を示し、この場合には中間のサンプリングデータに、前のサンプルとの差分と係数の乗算結果を加算する。したがって、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すようにこの加算値は前のサンプリングデータとの差分が大きいほど大きくなる。
【００１９】
図７は極小値Ｖminから極大値Ｖmaxまでのサンプル数が３個の場合の従来例を示し、この場合には極小値Ｖminのサンプルの１つ後のサンプリングデータに、極小値Ｖmin との差分と係数の乗算結果を減算し、また、極大値Ｖmaxのサンプルの１つ前のサンプリングデータに、その前のサンプルとの差分と係数の乗算結果を加算する。同様に、図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すようにこの加算値、減算値は前後のサンプリングデータの差分が大きいほど大きくなる。
【００２０】
そこで、第２の実施形態では次のような処理を行う。
（１）まず、入力サンプルを前のサンプルと比較し、大きいか、小さいか、同じかを検出する。
（２）上記の比較結果に基づいて波形の極大値Ｖmax、極小値Ｖminを検出する。
（３）上記の極大値Ｖmaxから極小値Ｖminまでの間隔と、極小値Ｖminから極大値Ｖmaxまでの間隔（サンプル数）を検出する。
（４）’上記の極大値Ｖmax、極小値Ｖminを含む各サンプルと１サンプル前の値との差分Δを求める。
【００２１】
（５）’上記（３）で求めたサンプル数に応じた各係数αを係数テーブルから求める。この場合、極大値Ｖmax、極小値Ｖminの係数は図２に示した係数テーブルＡ、Ｂ〜から求め、他のサンプルの係数は図８に示す係数テーブルから求める。図８に示す係数テーブルも同様に、Ｖmax−Ｖmin間のサンプル数が少ないほど係数が大きく設定されている。また、この例では、差分レベルを４段階にして差分レベルが大きいほど係数を大きくしている。
（６）’上記（４）で求めた差分Δに対し、それぞれ上記（５）’で求めた各係数αを乗算し、各乗算結果α・Δを図１に示す加算回路１３に出力することにより、以下に示すように各サンプルＶに対してそれぞれ加算、減算する。
Ｖ→Ｖ±α・Δ
このときの加算、減算については、極大値及び極大値に近いサンプリングデータに対しては加算処理、極小値及び極小値に近いサンプリングデータに対しては減算処理を行う。
【００２２】
この第２の実施形態によれば、図９に示すように第１の実施形態と同様に原信号の極大値Ｖmaxが持ち上がり、また、極小値Ｖminが小さくなるとともに、オリジナルのサンプリングデータがよりサイン波に近づくので、さらに再生音のメリハリ、歯切れが向上して、シャープで、リアリティ、明瞭度のある再生音を得ることができる。
【００２３】
上記第１、第２の実施形態によれば、ＣＤ規格のデジタル音声入力データ（ＣＤマスタ信号）を１６→２４ビット変換してｆｓ＝４８ｋＨｚ、９６ｋＨｚ、１９２ｋＨｚにハイサンプリングし、波形整形回路３により波形整形することによりＤＶＤ規格のデジタル音声信号（ＤＶＤマスタ信号）を生成することができる。また、波形整形回路３に入力する信号ＩＮは、アナログ信号をこのレートでＡ／Ｄ変換したものや、波形整形回路３により波形整形されていないＤＶＤマスタ信号でもよい。
【００２４】
さらに、上記第１、第２の実施形態では、ハードウエアについて説明したが、ソフトウエアでも実現することができる。このため、このコンピュータプログラムをパーソナル・コンピュータのみならず、デジタル音声信号を処理可能な、例えば携帯電話機にあらかじめダウンロードすることにより、世界中の音源ＷＷＷサーバがネットを介して供給する音楽・音声コンテンツをシャープで、リアリティ、明瞭度のある音で再生することができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、極大値から極小値までのサンプル数、及び極小値から極大値までのサンプル数に応じた各係数と、極大値及び極小値と各１サンプル前の値との差分をそれぞれ乗算して、各乗算結果を極大値に加算し、極小値から減算するようにしたので、オリジナルのアナログ信号のようにシャープで、リアリティ、明瞭度のある再生音を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るデジタル音声処理装置及びコンピュータプログラムの第１の実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１の係数テーブルを示す説明図である。
【図３】第１の実施形態による処理波形を示す説明図である。
【図４】第１の実施形態の変形例を示すブロック図である。
【図５】第１の実施形態の変形例による周波数特性を示す説明図である。
【図６】第２の実施形態による処理波形の一例を示す説明図である。
【図７】第２の実施形態による処理波形の他の例を示す説明図である。
【図８】第２の実施形態の係数テーブルを示す説明図である。
【図９】第２の実施形態による処理波形を示す説明図である。
【図１０】従来例による処理波形を示す説明図である。
【符号の説明】
１１高周波生成回路
１３加算回路

Claims

オリジナルのデジタル音声情報の前後のサンプルを比較することにより極大値と極小値を求める手段と、
前記極大値から極小値までのサンプル数、及び極小値から極大値までのサンプル数を検出する手段と、
前記極大値及び極小値と各１サンプル前の値との差分をそれぞれ求める手段と、
前記サンプル数に応じた各係数と前記各差分をそれぞれ乗算する手段と、
前記各乗算結果を前記極大値に加算し、前記極小値から減算する手段とを、
有するデジタル音声処理装置。
オリジナルのデジタル音声情報の前後のサンプルを比較することにより極大値と極小値を求める手段と、
前記極大値から極小値までのサンプル数、及び極小値から極大値までのサンプル数を検出する手段と、
前記極大値及び極小値を含む各サンプルと１サンプル前の値との差分をそれぞれ求める手段と、
前記サンプル数に応じた各係数と前記各差分をそれぞれ乗算する手段と、
前記各乗算結果を前記極大値のサンプル及び前記極大値に近いサンプルに加算し、前記極小値及び前記極小値に近いサンプルから減算する手段とを、
有するデジタル音声処理装置。
前記サンプル数が少ないほど前記係数が大きいことを特徴とする請求項１又は２記載のデジタル音声処理装置。
オリジナルのデジタル音声情報の前後のサンプルを比較することにより極大値と極小値を求めるステップと、
前記極大値から極小値までのサンプル数、及び極小値から極大値までのサンプル数を検出するステップと、
前記極大値及び極小値と各１サンプル前の値との差分をそれぞれ求めるステップと、
前記サンプル数に応じた各係数と前記各差分をそれぞれ乗算するステップと、
前記各乗算結果を前記極大値に加算し、前記極小値から減算するステップとを、
処理するコンピュータプログラムが記録されたコンピュータプログラム記録媒体。
オリジナルのデジタル音声情報の前後のサンプルを比較することにより極大値と極小値を求めるステップと、
前記極大値から極小値までのサンプル数、及び極小値から極大値までのサンプル数を検出するステップと、
前記極大値及び極小値を含む各サンプルと１サンプル前の値との差分をそれぞれ求めるステップと、
前記サンプル数に応じた各係数と前記各差分をそれぞれ乗算するステップと、
前記各乗算結果を前記極大値のサンプル及び前記極大値に近いサンプルに加算し、前記極小値及び前記極小値に近いサンプルから減算するステップとを、
処理するコンピュータプログラムが記録されたコンピュータプログラム記録媒体。
前記サンプル数が少ないほど前記係数が大きいことを特徴とする請求項４又は５記載のコンピュータプログラムが記録されたコンピュータプログラム記録媒体。